德累斯顿工业大学研究人员为熔丝制造技术开发了磁性“智能TPU”

慧正资讯：德累斯顿工业大学的研究人员已经使用熔丝制造(FFF)技术配制并3D打印了基于TPU的磁性弹性体长丝。通过利用新颖的打印头和磁场，该团队能够在热塑性弹性体基体中预先构造磁性颗粒，使其一旦挤出就具有磁性。

磁性“智能材料”

“智能材料”一词几年前就出现了，用于描述在配制后已通过特殊性能进一步功能化的材料。对于本研究中的长丝，磁流变弹性体（MRE）就是一种智能材料。研究人员认为，将MRE的附加功能与低成本FFF技术所带来的设计自由相结合，可以解决各种机械问题。

MRE有两种主要类型：各向异性结构的MRE和各向同性的MRE。各向异性结构描述了依赖于方向的特性，其中施加磁场以预构造磁性添加剂并使它们与磁场对齐。这个特殊结构被锁定在固化（通过熔融加工后）的基体中，仅在一个平面上产生磁性。各向同性结构描述了不施加磁场的情况，因此磁性粒子随机分布在整个矩阵中。磁性不只分布在一个平面上或在某个平面上过强，并且该属性与方向性无关。

预构造磁性TPU

研究人员的目标是使用FFF制造预构造（各向异性）的MRE零件。他们将大于10微米的铁粉颗粒添加到TPU Filaflex 82A中。之所以选择最小尺寸，是因为它允许研究人员在研究新型复合材料MRE的微观结构时，使用计算机断层扫描（CT）跟踪单个颗粒。最初生产出的材料是含有随机分布铁粉颗粒的非结构化复合长丝。该长丝将继续与新的打印头一起使用。该打印头设计用于在挤压过程中构造铁添加剂。

为了使长丝中的磁性材料对齐，该团队在加热块正上方的空间中装设了两个环形磁铁。这样，随着长丝转变成其熔融形式，铁添加剂将逐渐开始使其自身与磁场对齐。量身定制的打印头安装在市售的Ultimaker 2+ 3D打印机中，长丝从其中穿过。

在对打印的样品进行CT处理后，观察到其微观结构分布，研究人员证实，新型打印头在打印前成功地构造了长丝中的磁性添加剂。该团队希望该方法最终得以改进，以生产用于医疗工程和软机器人的最终零件。

该研究的更多细节可以在题为“基于热塑性聚氨酯的熔凝长丝制造的场结构磁性弹性体”中找到。它由E. Dohmen，A. Saloum和J. Abel合著。

长丝研发在增材制造领域非常重要，因为在生产专业和工业零件时，原料与其所使用的机器一样重要。我们看到公司和机构不断地尝试增强现有的材料特性或完全开发新的材料特性。今年早些时候，美国陆军制定了一种新的高强度聚合物长丝，专门用于生产战场上的关键任务部件。在北京，研究人员开发了一种具有抗菌特性，掺有淀粉的PCL基复合长丝。